автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Оптимизация процесса получения древесностружечных плит заданной прочности

.'Г6 Ой

ВОРОНЕЖСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

РАЗИНЬКОВ ЕГОР МИХАЙЛОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ ЗАДАННОЙ ПРОЧНОСТИ

05. 21. 05 -Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение

АВТОР

диссертации на степени доктора

Е Ф Е Р А Т

соискание ученой технических наук

В0Р0НЕЖ-1994

Работа выполнена в Воронежском лесотехническом институте.

Научный консультант - Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор А.Н.КИРИЛЛОВ

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор

Член •- корреспондент академии технологических наук, доктор техни -ческих наук, профессор

■Ведущая организация - АО "ВНИИдрев"

Защита состоится " 20 " мая 1994г. в 10 часов на заседании специализированного совета Д 064.06.01 при Воронежском лесотехническом институте по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева,8, ауд. 118.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВЛТИ.

Просим Ваши отзывы на автореферат в ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять в.адрес специализированного совета. Ученому секретарю.

Автореферат разослан "_" апреля 1994г.

А.Л.ГУТМАН

A.А.ПИЖУРИН

B.П.СМОЛЕНЦЕВ

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук В.К.КУРЬЯНОВ

СБЦАЯ ХАРАКТЖСША РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема получения древесностружечных плит (ДСтП) с наперед заданным для различных областей применения свойствами является одной из актуальных. Для её решения необходимо иметь научно-обоснованные технологические режимы, позволяющие получать материал не только с заданными свойствами, но и вести-технологический процесс с наименьшими материальными затратами. для эффективного управления технологическим процессом производства ДСтП в настоящее время не представляется возможным с достаточной точностью произвести выбор технологических режимов, обеспечивающих получение ДСтП с наперед заданными свойствами. Для "той цели необходимо иметь математическое описание процесса и оптимизационную математическую модель, позволяющую устанавливать оптимальные значения технологических режимов. Основной трудностью в правильном выборе режимов производства ДСтП с заданными свойствами для различных областей применения является отсутствие математического описания процессов,определяющих основные свойства ДСтП.

Характеристикой прочностных свойств ДСтП служат два основных показателя - предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плитыбр, и предел прочности при изгибе ¿>„. Рядом авторов установлено, что важнейшим из них является 6р. Этот показатель во многом определяет готовность ДСтП в процессе горячего прессования, с ним связан ряд других основных показателей плит, в том числе и ¿и» приближается к обобщенному показателю основных свойств плит.

Для аналитического определения величина <6р известны математические выражения, которые выведены, в основном, из механики дСтП и включают в себя лишь небольшую часть основных факторов, действующих в сложном механизме процесса, определяющего прочность ДСтП. Эти выражения являются настолько приближенными, что точность полученных по ним результатов имеет отклонение от экспериментальных до 200%. Поэтому для практических расчетов они не применимы.

Обязательным требованием к ДСтП является малая их токсичность, т.е. выделение вредных веществ на допустимом уровне. Для

снижения токсичности ДСтП на практике применяются различные спо-

собы. Наиболее аффективные из них были' использованы в настоящей работе.

Поэтому проблема эффективного производства малотоксичных ДСтП заданной прочности для различных'областей применения имеет важное народно-хозяйственное значение.

Решение данной проблемы осуществлялось автором с 1977 по 1994 год в рамках выполнения работ по ватаюйшим темам СЭВ О; к.1.2.1 в 1977.. ЛЭоОг.г.), ГКНТ СССР С? П-У—11—80 и № 54-80^ по хоздоговорным темам координационных планов плитной тематики (№ 71/62 и ¡( 5/83 с ЬйКдрев; № 3/85 с УкрНПДО) ,по госбюджетной тематике кафедры механической технологии древесины ШЛИ по чинии Госкомитета по высшему образованию Российской Федерации с 1993г. по настояаее время.

цель работы - выявление структурно-механических изменений, •происходящих с основными компонентами дреьесностружечной плиты при ее получении; поиск оптимальных услорий для протекания процесса склеивания древесных частиц; разработка процесса получения малотоксичных плит заданной прочности при растяжении перпендикулярно пласти, его математическое описание и создание оптимизационной модели, обеспечивающей эффективное производство плит для различных областей применения.

Методы исследований. Применялись теоретические и окспери-ментальные методы. В основу теоретических исследований положены математическое моделирование процесса получения ДСтП заданной прочности для поиска оптимальных технологических режимов производства ДСтП,-математические методы расчета с использованием диффеРенЦ»!ального исчисления. При проведении экспериментальных исследований использовались методы активного эксперимента с применением математической статистики, а также метод итеррации при оптимизации процесса получения ДСтП заданной прочности. Обработка результатов исследований производилась с использованием стандартных и специально разработанных программ для ЭВМ. ,

Научная новизна работы. Разработка процесса получения ДСтП заданной прочности при растяжении перпендикулярно пласти впервые была основана на исследовании прочности склеивания древес-

нух частиц в ДСтД между соОой.

В отличие от существующих методов подхода к планированию эксперимента предложен и апробирован метод, позволяющий значительно сократить объем экспериментальных исследований, что обеспечило возможность получения математического описания процесса получения ДСтП заданной прочности с учетом всей гаммы технологических факторов присущих данному процессу.

Получены новые экспериментальные данные по физическому состоянию в плите основных её компонентов - древесных частиц и связующего. Установлен тип связи этих компонентов в ДСтП.

Разработаны математические модели для-определения значений важнейших факторов, определяющих прочность ДСтП - прочности древесных частиц и прочности отверяденной массы связующего, толщины клеевого слоя и площади контакта древесных частиц по этому слою.

Дано математическое описание процесса получения ДСтП заданной прочности. Разработана оптимизационная математическая модель процесса, обеспечивающая эффективное произогодсзво малотоксичных ДСтП для различных областей применения. Для реализации модели построены алгоритмы и разработан комплекс программ для ЭВМ.

Предложены методы повышения эффективности технологии малотоксичных ДСтП, основанные на научно обоснованном выборе технологических режимов производства плит, на использовании разработанных способов получения малотоксичных ДСтП, защищенных 8-ю авторскими свидетельствами на изобретения.

На защиту выносится: научно обоснованный выбор технологических режимов для эффективного производства малотоксичных ДСтП заданной прочности для различных областей применения;

метод проведения эксперимента для изучения процесса получения ДСтП заданной прочности;

комплекс математических мотелей для определения значений важнейших факторов, определяющих прочность ДСтП, послуживших основой для разработки модели процесса получения плит заданной прочности;

препараты комплексного действия для снижения токсичности и улучшения других свойств ДСтП;

оптимизационная математическая модель процесса получения ДСтП заданной прочности, обеспечивающая эффективную технологию производства малотоксичных ДСтП для различных облас-

тей применения;

методы расчета основных факторов, определяющих прочность ДСтП - толщины клеевого слоя и упругого сопротивления стружечного пакета сжатию в горячем прессе с учетом прсгиба плит пресса;

методики определения физического состояния и прочности в ДСтП основных ее компонентов - древесных частиц и связующего;

технические решения эффективных способов производства малотоксичных ДСтП.

Достоверность основных положений и результатов исследований подтверждается хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных данных, использованием в экспериментах современных приборов и оборудования, применением современных методов математической статистики, математического моделирования и компьютерной техники, а также положительными результатами производственных испытаний.

Практическая значимость работы заключается в том, что в результате проведенных исследований получена возможность промышленного внедрения технологии малотоксичных ДСтП -заданной прочности для различных областей применения; создан комплекс программ расчета на ЭВМ оптимальных технологических режимов производства ДСтП; разработаны и внедрены в производство технологические режимы получения малотоксичных ДСтП заданной прочности с получением значительного экономического эффекта.

Разработанные методы расчета технологических режимов и методы исследования прочности ДСтП могут быть использованы в отраслевых научно-исследовательских институтах при создании эффективных технологий ДСтП.

Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре механической технологии древесины ВЛТИ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях: Воронежского ЛТИ (1932,...,1994 г.г.), Московского государственного университета леса (1990 г.); на Республиканских научно-технических конференциях: Таллиннского политехнического института (1982, 1987 г.г.); Ивано-Франковского проектно-конструкюр-

ского и технологического института (1987, 1991 г.г.); на Республиканском семинаре по снижению токсичности древесных материалов в г.Киеве (1990 г); на Всесоюзных научно-технических конференциях Белорусского технологического института по модификации древесины в г.Минске (1990 и 1991 г.г); ХУШ научной конференции "Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности" в г.Киеве (1991 г.); на Всесоюзном совещании по новым методам гигиенического контроля за применением полимерных материалов в народном хозяйстве в г.Киеве (1981 г.); на Международных научно-технических конференциях: в Болгарии, в г.Зволене (1991 г.); на научно-технических совещаниях в Федеративной Республике Германии: в научно-исследовательских институтах древесины и древесных материалов Мюнхенского университета, им.В.Клаудитца в г.Брауншвейге, в Гамбургском научном центре (19о4 - 1985 г.г.).

Реализация результатов работы. Результаты исследований и рекомендации были использованы при разработке и внедрении нормативно-технологической документации на производство малотоксичных ДСтП заданной прочности на предприятиях отрасли (Калужском производственном объединении строительных деталей, Нижегородском ГСП "Стройдеталь", Сочинском ДОЗе, Жарковском ДОКе) с получением значительного экономического эффекта; при подготовке Минздравом "Дополнения к перечню полимерных материалов и изделий, разрешенных к применению в строительстве", куда были включены разработанные нами ДСтП.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатных работы, в ток числе монография и 8 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений и содержит 301 страницу основного текста, 96 иллюстраций и 60 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ«

I. Состояние проблемы и задачи исследований

Успешнее решение проблемы эффективного прозводства ДСтП,

удовлетворяющих техническим требованиям по прочности для различных областей применения возможно при глубоком изучении физико-химических процессов, происходящих в плите при её структурообразовании и создании при этом на научной основе оптимизационной математической модели процесса получения ДСтП заданной прочности. Исследованиями в этом направлении занимались H.A. Михайлов, В.П. Жуков, Ю.Г. Лапшин, O.E. По-ташев, Г.М. Шварцман, С.Г. Денисова, М.И. Соснин, A.A. Поздняков, 1,5.111. Пильцер и др.

Несмотря на актуальность процесс получения ДСтП заданной прочности изучен недостаточно. Это довольно точно отметил в своей книге "Прочность и упругость композиционных материалов" A.A. Поздняков:"...В настоящее время еще не сложился теоретический взгляд, объясняющий зависимость прочности ДСтП от их строения. Нет подобной теории и в механике композиционных материалов, связывающей прочность композита с его строением при наполнении дискретными анизотропными частицами. Все работы дают в основном качественное описание прочности ДСтП в связи с её структурой, не учитывают все факторы, влияющие на её прочность". Поэтому в настоящее г.ремя отсутствует математическое описание и оптимизационная модель процесса получения ДСтП заданной прочности .

Основной трудностью з решении данной проблемы является то, чти на прочность ДСтП оказывают влияние свыше 1?-ти факторов, на считая функциональных связей этих факторов с другими факторами. Получить теоретически математическое описание прочности ДСтП в настоящее время не представляется возможным. Поэтому известные математические выражения, включающие з себя лишь небольшое количество факторов, являются весьма приближенными и для практических расчетов не применимы. Исследовать известными методами планирования эксперимента данный процесс с участием всех осноеных факторов также не представляется еозможным.

По В.Клаудитцу прочность ДСтП можно определять как часть прочности, натуральной или массивной, древесины из которой изготовлены для ДСтП древесные частицы (стружка). ,

При этом он полагал, что прочность древесины незначительно отличается от прочности стружки в ДСтП. Однако, результату исследований В.А. Баженова и С.Г. Болотова, а также наши эксперименты этого не подтвердили. Прочность древесных частиц значительно ниже прочности массивной древесины одной и той же породы. Аналогичный В.Клаудитцу подход к определению прочности ДСтП был сделан В.В.Гамовым и др. авторами. По мнению А.А.Позднякова, О.Е.Поташева, Ю.Г.Лапзина и др. такой подход является приближенным. О.Е.Поташев и Ю.Г.ЛапшиН анализируя известные формулы полученные при таком подходе пришли к выводу, что при соотношении показателей прочности древесины вдоль и поперек волокон равном 20, прочность ДСтП составляет 20% прочности древесины при растяжении поперек волокон, что далеко от реальных результатов.

А.Л.Поздняковым предпринята попытка качественной оценки прочности ДСтП исходя из их механики без учета факторов технологии изготовления. За физическую модель им принята модель, состоящая из плотно уложенных эллипсообразных частиц разных размеров, склеенных сеж.ду собой в местах контактов. По его мнению прочность ДСтП зависит в основном от прочности древесных частиц ¿}д , площади контакта древесных частиц и связующего «Ук , прочности отвержденного связующего 6с , и некоторых.других факторов.

По З.Я.Шестаковой, М.И. Состгну величина 5к оказывает значительное влияние на величину ¿р.

По В.П.Жукову, В.В.Гамову, М.И.Соснину, Ю.Г.Лапшину, О.Е.Поташеву величина ¿>р зависит от толщины клеевого слоя (клеевой прослойки) между древесными частицами в ДСтП.

Ю.Г.Лапшиньм, О.Е.Поташевым предложена формула для определения величины &р , которая также получена в основном из механики ДСтП. Но в неё уже включены некоторые из основных технологических факторов производства ДСтП, такие как: плотность ДСтП, плотность древесины, площадь покрытия древесных частиц связующим, размеры частиц.

Однако, имеющиеся некоторые'расчетные формулы для определения прочности ДСтП <Ьр являются очень приближенными' и для практики они не применимы. По определению величины 6р имеются работы Н.А.Михайлова, Г.М.Шварцмана, С.Г.Де-

нисова, М.И.Соснина, Ю.Г.Лапшина, О.Е.Иоташева, И.М.Дыскина, М.Ш.Пильцера и др. Несмотря на некоторые различия в методиках исследований, на трудность сопоставимости результатов в определении различными авторами величины ¿р все же литературные данные показали:

1. Процесс получения ДСтП заданной прочности при растяжении перпендикулярно пласти является сложным и малоизученным процессом, в котором участвует, большая часть технологических факторов, относящихся как непосредственно к склеиванию древесных частиц между собой,так и «проявлению стружечным пакетом своих упругих свойств при горячем прессовании и к теп-ломассопереносу.

2. Прочность древесностружечных плит прк растяжении перден-кулярно пласти идентифицируется с прочностью склеивания в центральном слое древесных частиц в направлении перпендикулярно пласти ДСтП.

На основе анализа литературных данных по результатам исследований прочности ДСтП при растяжении перпендикулярно пласти и исходя из поставленной цели, в работе намечены для решения следующие задачи:

выявить факторы, оказывающие влияние на прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно пласти и прочность склеивания древесных частиц в центральном слое плиты;

разработать эффективный метод постановки эксперимента; с применением электронной микроскопии изучить физическое состояние в ДСтП двух её основных компонентов - древесных частиц и отвержденной массы связующего, прочности которых являются важнейшими факторами определяющей! прочность ДСтП;

с помощью электронной микроскопии установить тип связи между древесными частицами и связующим в ДСтП;

исходя из физического состояния в ДСтП древесных частиц и отвержденной массы связующего найти зависимости прочности этих частиц и массы связующего от основных факторов;

получить аналитическую зависимость толщины клеевого слоя е ДСтП от основных фактороЕ;

установить зависимость площади контакта древесных частиц по слою связующего в центральном слое ДСтП;

определять коэффициенты упругости и усадки дСтП; получить математическое описание прочности ДСтП в зависимости от четырех важнейших факторов: прочности древесных частиц Ьд, , прочности отверчденной массы связующего ¿>с , толщины клеевого слоя (слоя связующего) <5к и площади контакта частиц по этому слою Sк ;

разработать оптимизационную математическую модель, которая бы обеспечивала более эффективное протекание процесса получения ДСтП заданной прочности, включающую в себя все основные факторы;

разработать препараты коплексного действия, которые бы при введении в стружечно-клеевую смесь проявляли свойства как акцептора формальдегида, так и другие свойства (антисептика, отвердителя смол и др.).

разработать алгоритмы к комплекс программ для ЭВМ по оперативному расчету оптимальных технологических режимов для производства малотоксичных ДСтП заданной прочности;

дать практические рекомендации по выбору оптимальных технологических режимов производства малотоксичных ДСтП заданной прочности для различных областей применения;

определить технико-экономическую эффективность выполненных исследований.

2. Установление важнейших факторов, оказывающих влияние на прочность склеивания древесных частиц в ДСтП.

Анализ литературных данных показал, что на прочность склеивания древесных частиц в ДСтП (на прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно пласта) оказывает влияние большое количество фактороз. Среди них основных насчитывается 17. Некоторые из mix, такие как , ,и <5к контролировать ь технологии вообще невозможно. Однако именно они и некоторые другие оказывают основное влияние на прочность ДСтП. Поэтому принять в экспериментах эти три фактора в качестве "неконтролируемых", как это обычно делается при планировании эксперимента, не допустимо. Аналитических расчетов выражений для определения этих трех 1акторов не имеется. Как было уже отмечено Еыпе, экспериментально установить зависимость прочности ДСтП от зеец гаммы факторов известными методами планирования эксперимента, весьма трудоемко. Для нахоздення

экспериментальны! путем зависимости прочности Д$щ от всех факторов автором был предложен метод постановки эксперимента. По этому методу все факторы, оказывающие влияние на прочность ДСтП, должны быть разделены на группы(.Р^). Каждая из этих групп может быть описана математической моделью, выходной величиной которой является важнейший фактор, который назван нами обоиенным фактором •

Таких факторов, объединяющих в себе все другие факторы и оказывающих влияние на прочность ДСтП, должно быть значительно ;.еньше, чем этих факторов. Тогда известными методами планирования эксперимента следует сначала получить зависимость каждого выбранного обобщенного фактора от факторов, входящих в его группу. После нахождения таких зависимостей для каждого из обобщенных факторов можно приступить к установлению зависимости прочности ДСтП от обобщенных факторсЕ.

Однако приведенный выше подход к постановке эксперимента должен быть обоснован известной теорией, объясняющей прочность полимерных или древесных материалов. Так как прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно пласти идентифицируется с прочностью склеивания древесных частиц в центральном слое ДСтП, то обоснованием такого подхода может служить известная теория Н.1'. Москвитина по склеиванию полимерных и в том числе древесных материалов.

Согласно этой теории прочность склеивания материала зависит от четырех важнейших факторов, цейтсвующих при струк-турообразовании материала: прочности субстрата и прочности адгезива; толщины клеевого слоя и площади контакта склеиваемых поверхностей по клеевому слою. Действие этой теории в наибольшей степени проявляется при смешанном или ацгезион-но-когезионном разрушении клеевого соединения. Исходя из этой теории прочность склеивания древесных частиц (3 скл между собой, а следовательно и (бр , определится зависимостью от обобщенных факторов: прочности древесных частиц в ДСтП (Од\ прочности отвержденного связующего (5с ; толщины клеевого слоя между древесными чатицами с/а и площади контакта древесных частиц по слою связующего Эк , т.е.

Исходя из принятого подхода к постановке эксперимента, каждый из этих факторов определится зависимостью:

&Л=Г(П,) ; &c = F(DZ)\ (fr* F(Ü3)-,SK=F{D<,). (2)

Выражение (I) будет достоверно описывать прочность ДСтП в том случае, если в правой части этого выражения будут содержаться все факторы, оказывающие влияние на прочность. Большая часть этих факторов была выявлена на основе анализа литературных данных. Остальные факторы были выявлены теоретическим путем.

Теоретически были выявлены факторы, участвующие в процессе склеивания и определяющие толщину клеевого слоя*&. Пользу-" ясь данными в основном Ю.Г. Лапшина, O.E. Поташевл, ЗЛЗ. Га-мова на первой стащи исследований установили, что на эту толщину оказывают влияние следующие факторы:

FiCjßco hc,ß4jßn,Saifi) , (Ь)

где Л - толщина клеевого слоя,мхм С - содержание связующего в ДСт11,$ о/г массы абсолютно сухой стружки;_fcc - плотность отвержденного связующего в ДСтП, кг/м3;hc- толщина древесных частиц, мм;^-плотность древесного сырья, используемого для изготовления древесных частиц, -кг/м3; J-л-- плотность слоя ДСтП, кг/м3; S осм-алощадь покрытия связующим поверхности древесных частиц,%. .

Однако мы считали, что это не все факторы, которые могут оказывать влияние нг искомую величину. В выражение (3) должны войти еще факторы, определяющие объем полостей (пор)

в ДСтП, заполненный связующим известно,что чем больше объем заполнения связующим этих полостей, тем меньше толщина клеевого слоя. При этом величина ¿%с может зависеть от следующих факторов:

¿4 =Р(Пмп,рп, Ltficfra, ИЯ, ), (4)

где [Хс- объем пор в ДСтП, заполненный связующим,% от объема образца плиты; Пмп-объем межстружечного пространства п ДСтП, от объема образна пнитн; fite - плотность древесинного вещества, кг/м3; УУп -влажность слоя ДСтП,--;.

Присутствуккс:е в выражении два неизвестных фактора ßc V. :1мп сами могут зависеть от нескольких факторов.

ße ~ F{Пп,, ' (5)

где Пп-пористость ДСтП,? пор от объема образца плиты.

- ,------ От-Г(?л,Ра ,¿с, 8с,Не ), (б) ■

где /с и ¿5с-соответственно длина и ширина древесных частиц,мм.

Следовательно, толщина клеевого слоя в ДСтП должна определяться зависимостью

сС = М.и.Зс).-(?)

Так же теоретически, с последующей проверкой в промышленных условиях, были выявлены факторы, участвующие в образовании упругого сопротивления стружечного пакета сжатию • при его горячем прессовании Ру . Установлено, что Ру зависит от ряда следующих факторов

Ру--Р(?п,рл,С, Г«, иРа,Га,Кяп',К$с№ где Ру -упругое сопротивление стружечного пакета сжатию при его горячем прессовании, МПа;1$*- влажность стружечно-клеевой смеси,%; /л-температура прессования ДСтП,°С; Рп -давление прессования ДСтП, МПа; Тп - продолжительность прессования ДСтП, мин; К^ и - соответственно коэффициенты упругости и усадки стружечного пакета.

Зависимости (Эл >от основных факторов были выявлены экспериментально.

Был произведен анализ типа связи между основными компонентами плиты (древесными частицами и связующим) при разрушении её в направлении перпендикулярно пласти. Из данных микроскопических исследований А.Н. ¡{ириллова следует, что -при склеивании шпона происходит проникновение раствора клея в поры и трещины древесины. В результате между склеиваемыми поверхностями древесины образуется не "клеевой шов" с четко выраженными границами по толщине, а по терминологии А.Н.Кириллова "клеевой слой" границы которого по толщине получаются "размытыми" в результате проникновения раствора клея в древесину. Можно ожидать, что в ДСтП эффект проникновения клея в поры, трещины древесных частиц, полости межстружечного пространства будет выше, чем в фанере при склеивании шпона; В этой связи, в отличие от литературных данных характер разрушения ДСтП при растяжении перпендикулярно пласта должен быть смешанным, а тип связи между древесными чао-тицами и связующим - адгезионно-когезионный. Такой тип связи дает еще большую обоснованность применимости теории

склеивания в исследовании прочности ДСтП, принятой автором в работе.

В своих исследованиях мы /сходили из того, что прочность древесных частиц в ДСтП должна быть значительно даже прочности цельной древесины, из которой изготовлены частицы, что может быть обусловлено значительным механическим разрушением структуры древесины в частицах при их получении на стружечных станках и транспортировке. Послэ этого производили теосетический анализ зависимостей прочности древесных "асгнц (Эд , прочности отвержденного связующего^,площади контакта древесных чястиц по слою связующего от влияющих на них факторов. Было установлено, что прочность древесных частчц зависит от следующих факторов.

6Л=Г[?Л.,£с,6с)Ъ,Щ:), (9)

где IУ/с - влажность древесного сырья, из которого изготовлена стружка

Прочность отвержденного связующего в ДСтП зависит от наличия пор, трещин и при конкретном режиме горячего прессования плит определяется продолжительностью тераюойработка при. Ю0°С Та , видом и количестве?! введенного в смолу отверцителя

Со , т.е. Ос-Р(То,Со) . Так как величина То определяется разностью между продолжительностью прессоьания ДСтП Тп и продолжительностью прогрева её центрального слоя до температуры 100РС Тпр , то можно записать предыдущее уравнение в вике Величины Тп и Тпр сами зависят от ряда

фактороь,- таких как ,№см,Ш,Рп, . Тогда <Ос'Р(сГп, Д IХ/а, Рп,Ьп, Со ),

где С^п - толщина ДСтП, мм.

Пользуясь известными данными и действующей технологической инструкцией по производству ДСтП пониженной токсичности по зависимостям Тп и Тпрот ряда факторов, прочность отвержденного связующего в ДСтП определяется функцией

<% =Р(сГп,рп, Ш, Рп, )■ ^

Исходя из литературных данных и результатов наших опытов было установлено, что отвержденная масса связующего в ДСтП имеет значительные дефекта в Еиде пустот, трещин. Прочность такой массы должна быть значительно ниже прочности монолитной массы, полученной в естественных условиях, кото-

рая принимается некоторыми авторами в расчетах определения прочности древесных композиционных материалов, в том числе и ДСтП.

Влияние'.площади контакта древесных частиц в центральном слое ДСтП было исследовано З.Я. Ыестпховой с получением соответствующего уравнения. Однако в нем отсутствовал значимый фактор р„ . Однако на величину 5К могут дополнительно оказывать влияние такие факторы как толщина плиты сГп и содержание в ней связующего ¿Г.

Таким образом, математическая модель процесса получения ДСтП заданной прочности при растяжении перпендикулярно плаети имеет ^пг

(э?(<ош)=Р-

бсП Га, С с ) = ГI (Г,, , М, Рй/ ¿„, Со ) (II)

fr.fr, Эосн^в, №,1с,8с)

Для математического описания процесса и поиска в явном вице выракения (II) проведены экспериментальные исследова- . ни я.

3. Общая методика экспериментальных исследований

В этой главе наиболее полно приведены методики экспериментов, выполненных автором на зарубежном оборудовании при пребывании на 10-ти месячной научной стажировке .в научно^-и&-.следовательских институтах древесины и древесных материалов Мюнхенского университета, им. 3. Клаудитца в Брауншвейгеи р Гамбургском научном центре £РГ. Исследования выполнены под руководством профессора X. Шульца и при содействии проф-фессора Фенгела .докторов Грог.сера, Бенара и др^, за что автор выражает им сбою признательность.

Опита по изучению физического состояния компонентов ДСтП, характера их связи между собой, толщины клеевого слоя, объема пор древесных частиц, заполненных связующим, объема межстружечного пространства и некоторые другие проведены с использованием электронной микроскопии, на микроскопе

Чей* АМН /200В".

Пористость ДСтП определяли по методике Шнайдера, методе!,! ртутной пористометрии с использованием пористометра " 70 скгЯа Саг1а Егба". При проведении опытов образцы устанавливали в дилатометр. Для-удаления из полостей ДСтП воздуха, создавали разряжение 0,011 бар. затем дилатометр заполняли ртутью и, для закупоривания ею пор, производили на установке колебания по принятой методике.затем дилатометр с образцом помещал;! в порнстомэтр и создавали давление для заполнения полостей ДСтП ртутью. Обработку результатов производили на системё ЭВМ ".

Коээфициенты усадки ДСтП определяли с использованием экспериментальной установки профессоров Ф. Кольмана и А.Шнайдера. Были испытаны ДСтП отечественного производства на карбамидоформальдегиднсм и фенслофоркальдегицном связующих и производства ФРГ, Финляндии о использованием диизоцианат-ног,о связующего и минерального вяжущего - гипса. В установке образцы ДСтП устанавливали в держатели и помещали вместе с ними в стеклянные емкости и каждой из которых поддерживалась определенная относительная влажность воздуха от 33,(3 до 97,6%. Заданная влажность воздуха поддерживалась растворами различных солей разной концентрации. По результатам изменения влажности ДСтП и их геометрических размеров были определены искомые коэффициенты.

Профиль плотности ДСтП спредзляли методом гамма-излучения.

Испытание прочности древесных частиц пси растяжении поперек волокон производили в основном со методике В.А, Баженова и С.Г. Болотова с дополнительна пр/нпечением метода микроскопии. В опытах использовали несколько пород древесины, наиболее применяемых в производстве ДСтП.

Прочность отвепждонного связующего при растяжении определяли несколькими методами, в тем числе при отверждении связующего в пробирках и на образцах целлюлозы. Для-повышения точности определения площади разрушения образцов использовали два метода - метод микроскопии и метод электронного подсчета площадей, ограниченных ломаной линией. Опыты проведены, на зарубежном оборудовании. 3 экспериментах использовали карбамидоферчальдегидную смолу отвердителем которой

являлся хлористый аммоний и фенолоформальдеги.дную смолу марки СФЖ-3014.

4. Экспериментальные исследования и математическое описание процесса получения малотоксичных ДСтП заданной прочности

Исследовали тип связи между древесными частица»«! на образцах ДСтП после разрушения их при растяжении перпендикулярно пласти путем снятия микроснимков с последующим анализом результатов. Опыты показали, ^то разрушение образцов происходит как правило по ломаной линии, проходящей по центральному слою или отстоящему' от него на 0,5-1,0 мм. Результаты микроскопических исследований показали, что п зону разрушения попадает как древесная масса, так и отвержденнал масса связующего. Орьгты подтвердили выдвинутое автором предположение об адгезионно-когезионном типе связи в ДСтП древесных частиц и связующего.

Опыты по изучению физического состояния древесных частиц в ДСтП показали, что частицы находятся в полуразрушенном состоянии. Прочностные испытания крупноразмерных и игольчатых древесных частиц разных геометрических размеров, изготовленных из разных пород древесины при различной её влажности, подтвердили выдвинутое автором предположение о прочности частиц ДСтП. В действительности прочность древесных частиц, изготовленных из различных пород древесины, оказалась в 2,5 - 4,0 раза ниже прочности цельной древесины. Эта прочность зависит от плотности древесины, длины, толщины и .влажности частиц. Получена математическая модель прочности древесных частиц от этих факторов.

Результатами исследований установлено, что в ДСтП от-вержденная масса карбамицо-, фенолоформальцегидного связующих имеет много дефектов в виде пустот и трещин. На микроснимках модельных образцов отвержденных связующих изучена динамика образования пустот и трещин при различной температуре. Прочностные испытания отаержценной массы связующего в ДСтП показали, что из-за дефектного состояния прочность этой массы в 5-Ь раз. гаже прочности монолитной массы. Поэтому использовать в теоретических расчетах определения

прочности древесных композиционных материатов прочность монолитной массы связующего не допустимо. Получека математическая модель прочности отвэр.хденного связующего в ДСтП от основных факторов, и исследованных пределах прочность от-вержденного связующего в центральном слое ДСтП растет с увеличением продолжительности прессования и уменьшением продолжительности прогрева центрального слоя до 100°С. Эта прочность растет при увеличении до определенного предела количества введенного в смолу отвердителя. Установлена связь прочности связущего с его степенью отверждения. Анализ прочности связующего от всех исследованных факторов приведен в диссертации.

Для расчета толщины клеевого слоя экспериментальным путал определяли объем межструмечного пространства в ДСтП Пмп при использовании крупноразмерных и игольчатых древесных частиц, изготовленных из различных пород древесины. Установлены зависимости этого объема от указанных факторов. Объем Пмп растет с увеличением размеров частиц и плотности древесного сырья. Увеличение плотности ДСтП приводит к снижению этого объема. Такое влияние факторов характерно для ДСтП как из игольчатых, так и из крупноразмерных частиц. Для'ДСтП из крупноразмерных частиц влияние всех исследованных факторов на объем межстружечного пространства несколько выше, чем для плит из игольчатых частиц. Изученная зависимость величины Пмп позволила получить теоретическую формулу расчета объема пор древесных частиц, заполненного связующим ^пс.. Зтот объем связан с объемом межстружечного пространства Пмп. Чем больше величина-Пуд, тем больше величина 17пс . Следовательно, чем больше объем межстружечного пространства, тем большее количество связующего попадает в это пространство и тем меньшее егоколичество находится в зоне непосредственного контакта древесных частиц. На величину "йс наибольшее влияние оказывают толщина и ширина древесных частиц.

Опыты по исследованию пористости и профиля плотности ДСтП позволили определить: размеры и объем пор в слоях ДСтП; плотность слоев; плотность отвержденной массы связующегоРсс', плотность плитного вещества. Так, в ДСтП плотностью 798кг/м3 на поры радиусом менее I мкм приходится 20,9^, радиусом от1 до 5 мкм-11,5% и более 5 мкм - 20,2% от всего объема пор.

.ф ¡^ютность отверждеНной массы карбамидоформальдегидного сь^Цующего находится на уровне 1525 кг/м3, эта плотность в среднем на 25$ ниже плотности, которую некоторые авторы включали в свои теоретические расчеты по определению прочности ДСтП исходя из монолитного состояния этой массы. Плотность плитного Еещества в среднем на 11« выше плотности древесинного вещества.

Результаты экспериментов по определению величин Пмп и тТпс позволили получить зависимость толщины клеевого слоя в ДСтП от основных факторов. В реальных условиях производства ДСтП эта толщина находится в пределах от I до 40 мкм.

Опыты по исследованию величины площади контакта древесных частиц по слою связующего^« показали, что все шесть ис-.следованных факторов 8п ,fin , С , ¿л ,Zn ,Рл оказывают влияние на эту величину. Однако в пределах варьирования факторов С wfin влияние их на величину не существенно. Применяя предложенный автором метод по уменьшению количества переменных в математических моделях эти две переменные исключены из полученной формулы с заменой их на постоянные значения. В результате тако# замены относительная погрешность при определении величины Sк была допустимой. Было получено урарнение, описывающее площадь контакта древесных частиц по слою связующего от исследованных факторов. Для анализа этого уравнения ь диссертации приведены результаты расчетов и графические зависимости величины Su поочередно от каждого исследуемого фактора при условии когда остальные факторы принимали сначала минимальные, затем средние и максимальные значения. Полученное данные показали, что р пределах своего «вменения переменных факторов в уравнении величина 5к может изменяться от 35 до 75^. повышение температур и продолжительности прессования ДСтП увеличивает величину 5к . а рост толщины ДСтП приводит к её снижению. это подтвер -ждают данные З.Я. Шестаковой и Г.М. Шварцмана о характере изменения величины Sk от указанных факторов. Учитывая громоздкость полученного уравнения был проведен анализ этого уравнения и уравнения,полученного З.Я. Шестаковой. Анализ показал., что при наиболее реальных значениях входящих в уравнетя факторов различие в результатах величины Sk по .

этим уравнениям является незначительным (относительная погрешность составила всего 5,4/=).

После нахождения зависимостей всех важнейших факторов была установлена математическая модель процесса получения ДСтП заданной прочности при растяжении перпендикулярно пласта ¿>р.

Была проведена проверка наличия в полученной модели факторов, характеризующих упругое сопротивление стружечного пакета сжатию в прессе. Для этого на Московском заводе ДСтП и деталей была проведена экспериментальная проверка предложенной нами математической модели, спискпающей величину упругого сопротивления пакета сжатию. Для повышения точности получаемых результатов учитывали величину прогиба плит горячего пресса.

Эксперименты проводили на ДСтП перец правкой (уменьшением прогиба') пли? пресса. Все расчеты для определения величин!,: упругого сопротивления пакета сжатию в прессе производили после правчи плит пресса, которую осуществляло Бала-бановское мантажно-наладочное управление (БМНУ). В этих расчетах использованы результаты правки плит, полученные ШНУ • Исследования показали, что предложенная модель может быть применима для практики и некоторые коэзфициенты, присутствующие в ней, должны найти свое отражение в конечной математической модели, определяющей прочность ДСтП. Один из этих-коэффициентов - коэффициент усадки ДСтП Нус был определен для плит на различных видах связующего. Для плит на карбамидо-формальдегицном связующем он равен 0,549, на фенолоформаль-дегицном - 0,950, на диизоцианатном - 0,465 и на гипсе-0,090. Полученные данные позволили не только выявить дополнительные • факторы, оказывающие влияние на прочность ДСтП, но и вывести расчетную формулу продолжительности горячего прессования ДСтП.

Апробацию математической модели определяющей прочность ДСтП производили в лабораторных и промышленных условиях. Результаты показали, что модель адекватно описывает иссле- • дуемый процесс. Расчетные данные величины Ьр на 16,2-19,4« превышав? экспериментальные. Для получения оолое надежных

результатов в эту математическую модель в качестве множителя был введен поправочный коэффициент К = 0,8418. С учетом поправки -расчетные данные Ьр отличались от фактических в среднем на 2,8%. В сжатом вице эта модель выглядит следующим образом 6р = 6скл = (0,421 + 0,2795 <Ьд +0,004314+ 0,00253 6д6с)*

( -3,3459 х Ю-4 8? + 0,01358"« + 0,9959)* МПа. (12)

100

Еыл проведен анализ этой модели в развернутом вице, когда она содержала все основные факторы. Анализ произведен на предмет определения вклада в величину 6р каждого из факторов этой модели. Установлено, что наибольший вклад внооят температура и продолжительность прессования ДСтП. Некоторые факторы, в пределах своего варьирования, оказывают в такой модели не существенное влияние. Автором предложен метод для уменьшения количества факторов в математических моделях. Сущность этого метода состоит в том, что факторы, оказывающие на выходной параметр незначительное влияние в пределах варьирования, принимаются за постоянные ¿значения. С использованием методов- математической статистики при допустимой погрешности результатов, такие факторы из модели могут исключаться. С целью упрощения полученной модели, определеяющей прочность ДСтП указанный метод был.использован автором.

5. Разработка оптимальных технологических режимов получения ДСтП заданной прочности- и их промышленная проверка

Разработку оптимальных технологических режимов процесса получения ДСтП заданной прочности для различных областей применения с наименьшими материальными затратами производили путем оптимизации процесса. Оптимизационная математическая модель включала в себя две целевые функции. Одна из них представляла собой математическую модель процесса, определяющего прочность ДСтП ¿>р , которая выражена формулой (12), а другая-V/- функцию себестоимости сырья и материалов на произвоястьо I кв. м ДСтП. В развернутом виде в функцию (12) входят следующие фачто.ры:плотность древесного сырья при влажности о,о, кг/м3;Е,с(х£)- длина древесных частиц, мм;)1<(Хз)толщина частиц, мм;К^(Х/,)- влажность древесного сырья,«; Хл(х£)-щро-

_._.л0£хят«льн0сть прессования ДСтП, мин; содержание

отвердителя в смоле, %\плотность ДСтП, кг/ы3; - содержание сухой смолы в ДСтП, % к массе абс. сухой стружки; IУ/п(Х9) - влажность ДСтП, %; Зс(Хл>) - ширша частиц, ии; Рп(2"«) - давление прессования ДСтП,температура прессования ДСтП, °С\5хм{Х1})- площаль покрытия древесных •, частой связующим, %\ дп^м)- толщина ДСтП, мм. В форыуле(12) приняты обозначения:

(%--/,(х'); (х'); (х') ■ 5*(X'). . -

Функция себестоимости ДСтП описывалась полученноя'автором формулой

где содержание в ДСтП спецдобавок (акцептора формаль-

дегида и др.),7° от массы абс. сумй-езрузкка; /Гг. - концентрация рабочего раствора Связующего, %) - цена древесного сырья,р/ы3; '^■.»'Ф* ~ цена соответственно смолы, отвердителя и спецдобавки, р/кг. При этих условиях математическая модель задачи оптимизации прочности ДСтП была представлена в виде

^^{{¿(Х'Цан), (14)

где Х ) ~ пзктор независимых переменных.

где Qc/? ; /?- /?/ - г/ерное евклидово пространство;

- множество допустимых значений переменных;

А^,.!^' - нижняя и верхняя границы переменных количество обобщенных факторов Д/ = £[,... а общее »отчество переменч':х Ьакторон в развернутой модели (12)

М ={1,*, .... п,] .

Другаа математическая модель задачи оптимизации производства ДСтП предусматривает условие минимизации себестоимости сырья и материалов на I кв. м ДСтП и может быть представлена в виде

\у = т1пГ($,Х"), (15)

А/г-{/,Л,..., Пг},

0*{ни")>бР(СГы), £ ■ 4Ц;& ХЛ},

где С, С Я"г Йп-Пг~ мерное евклидово пространство;

Ь - множество допустимых значений переменных; бр - заданная прочность ДСтП; 1И-соответственно нижняя и верхняя границы переменных; $(]{"} - функция, определяющая прочность ДСтП.

Оптимизационная математическая модель прочности ДСтП в явном виде была представлена как

(эр = так {Ч>< (К') 1рг (X') Ч>3 (X')}, лея

гпе

Граничные условия переменных Св порядке их записи) следующие

П■ = 480; 5; 0,25; 39; 2,3; 0,2; 500; 10.о; 5; 2; 2;.150;40ЯЗ

Щ = его; 70; 1,оо; 98;п,о; 2,о; еоо; 12,4; 12; 12; з,з;2сю;б0;20._

..¡сходо из полученной модели процесса "функции ^{(Х'), ^¿(.ХУ

"М'Л" В' V, IX']-(*>/*/,(Х')А (X'];

г1;е >"' > У? ~ нонстанты Е формуле (-16).

Констант в развернутой формуле (16) насчитывается Оптимизационная математическая модель минимизации себестоимости ДСтП в явном вице описана как

^хъь ^ (Xй), (

me. tf-Wrf = /О'3;

(I9)

&*{h (X") *0, iSj < Xjt V/ :

Граничные пределы были следующие /J = 480; 0,2; 10; 13; 500; 5; 37 lfj= 6SO; 2,0; I2,4;20; 800; 12; 98 У fa - { 1,2,..., в} .

В основу алгоритма решения задачи максимизации прочности ДСтП положен вариант метода приведенного градиента, основанного на методах сопряженных направлений и методе условного градиента (метод Флетчера). С помощью алогоритма Флетчера была решена задача Еида

rrJm[F(X)\fity)*X(j)<BQ) -j--!,..., v], где F(X) - дифференцируемая функция; /V - количество переменных; й(j)t B(j)~ соответственно нижняя и верхняя граница переменной (j - /,...,У), Производные от функций для процесса формирования прочности ДСтП имели вид

Шш.- у Шй + у

--h а г. + <Гз я*.

, jл;

dxi 'оо 1ЩГ * "

2о

В работе были найдены все производные исследуемых функций.

В основу алгоритма для решения задачи минимизации себестоимости ДСтП положен метод цтграфных оценок с различными ' способами минимизации модифицированной функции Лагранжа. Алгоритм решает задачу вида Р(Х)-~*~ЛГ>/П при Не (Х)=0, ¿ =

где /7/и/ - дифференцируемая функция.

Для ЭВМ разработаны программы оптимизации с использованием подпрограмм ППП "ПАОЭМ" ЦЗМИ АН России.

По результатам оптимизации были получены оптимальные значения технологических факторов производства малотоксичных ДСтП с минимальной себестоимостью, максимально возможной и заданной прочностью для различных областей применения. При оптимальных значениях факторов максимально возможная прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно пласти достигает 0,85 МПа, в то время как по существующим стандартам и техническим условиям эта прочность предусмотрена на уровне не более 0,45 МПа. Это показывает, что при правильно выбранных оптимальных значениях технологических факторов производства ДСтП можно добиться значительного повышения прочности ДСтП.

В качестве примеров.эффективности оптимизационной модели процесса приведем результаты получения ДСтп заданной ироч-нооти по критерию минимальной себестоимости, для этого оптимизировали _процесс получения ДСтП наиболее распространенной — ~~ толщины (1смм). В расчетах принимали древесное сырье состоящим из смеси трех пород древесины (осины, березы и сосны) при железнодорожной поставке. Содержание связующего соответствовало рексмендациям существующей технологической инструкции по производству ДСтП пониженной токсичности. Расчеты произведены для ДСтП, эксплуатируемых в различных областях. Эти области определены соответствующими техническими, требованиями на различные марки ДСтП. Исходя из этого были произведены необходимые расчеты для всех марок ДСтП, предусмотренных техническими требованиями существующего стандарта и технических условий. Исходя из этих требований в программу оптимизации включены значения плотности ДСтП всех марок. При оптимизации стремились получить ДСтП заданной прочности с одновременной экономией древесного сырья. Экономию сырья

можно получить за счет снижения плотности ДСтП ниже уровня, предусмотренного техническими требованиями.

По результате^ оптимизации была построена графическая зависимость критериев оптимальности Ьр в МПа и р/ы^ для ДСтП марки П-А (ГОСТ 10632-89) от их плотности рп-

Рис Л. Зависимость прочности при растяжении перпендикулярно пласти и себестоимости ДСтП от плотности плит

Анализ полученных зависимостей показал, что при правильно выбранных технологических режимах производства можно снизить плотность ДСтП для различных марок в среднем на 20й. При этом экономический эффект от экономии сырья составит до 256 р/м^ в зависимости от марки ДСтП (по ценам января 1994г.).

Поиск глобального экстремума функции6р при \(/—пш1 привел ч следующим бывг дам: необходимо производить ДСтП меньшей толщины (д" 15 мм); обеспечивать обязательный контроль плотнеем и влг*ноети древесного сырья, подаваемого в технологический процесс.

Дл" выполнения требований по плотности, при использовании в технологии различных пород древесины, необходимо рассчитывать массовое соотношение древесины-различных пород. Для выполнения требований по влажности необходимо разработать режимы хранения сырья на складе. Они должны предусматривать увлажнение или наоборот выдержку сырья на складе перед подачей его в стружечное отделение.

Другим примером эффективности оптимизационной модели может служить способ использования отходов деревообработки в виде мелких частиц (опилок, шлифовальной пыли) во внутреннем слое ДСтП. шли произведены необходимые расчета по обоснованию оптимальной величины объема межстружечного прос-

транстеа во внутреннем слое ДСтП с тем, чтобы можно было производить плиты заданной прочности с максимально возможной долей мелочи в этом слое. В результате, в зависимости от марки, внутренний слой ДСтП мо-кет содержать до ЪЪ% мелочи. Подобные примеры можно привести в части экономии связующего и др.

Результаты исследований показали, что разработанные оптимальные технологические режимы обеспечивают получение ДСтП заданной прочности при растяжении перпендикулярно пласти, с наименьшей себестоимостью плит и не оказывают отрицательного влияния на все другие свойства ДСтП, предусмотренные техническими требованиями.

С целью большей эффективности производства ДСтП пониженной токсичности разработаны препараты комплексного действия. Они являются акцепторами 'формальдегида и выполняют роль антисептика, а некоторые действуют как отвердители смол. ним относятся хромомедноборные, хлорфенольные. кремнефтористые соединения, которые в различных модификациях применяются при споогнезащите цельной древесины. Некоторые из препаратов использованы в промышленных условиях при получении малотоксичных ДСтП заданной прочности.

На Нижегородском ГСП "Стройдеталь" была апробирована и внедрена технология ДСтП строительного назначения - для покрытия полов талых домов. При проведении работ на этом предприятии были разработаны технические условия, технологическая инструкция Г нормы расхода сырья и материалов и оптовые цены, утвержденные Госкомитетом по строительству. Полученные ДСтП по прочности соответствовали техническим требованиям. Предел прочности ДСтП при растяжении перпендикулярно пласта составил 0,39 МЛа, а при изгибе - 24,5 МПа. Выделение из ДСтП формальдегида было на уровне ПДК. Аналогичные работы были\ проведены в Калужском производственном объединении строительных деталей, на Марковском ДОКе и др. с экономическим эффектом 2,6 млн.р. в ценах 1990 г. и ЭОмлн.р. в ценах октября 1993г.

0ЩИ£ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕВДАЦЖ

I. Эффективное производство ДСтП с заданными физико-механическими свойствами, среди которых основными являются проч-

ностные, невозможно без научно обоснованного выбора оптимальных технологических режимов. Такой выбор можно осуществить только при .достаточной изученности процесса, определяющего каждое из этих свойств. При производстве ДСтП заданной прочности основная трудность в выборе режимов состоит з том, что на прочность сказывает влияние большое количество факторов, среда которых только основных насчитывается свыше 17-ти. Получение адекватной математической модели, включающей все основные факторы, весьма трудоемко.

2. На основе'разработанного автором подхода к постановке эксперимента была получена математическая модель, определяющая важнейший прочностной показатель ДСтП - предел прочности при растяжении перпендикулярно пласта плиты, который

в значительной мере определяет не только прочность при изгибе, но и другие свойства ДСтП. Полученная модель включала все основные факторы режима производства ДСтП.

3. Разработаны препараты комплексного действия, которые при введении в ДСтП служат акцепторами формальдегида и, одновременно, обладают свойствами антисептика или свойствами отвердителя смол. ДСтП с использованием разработанных препаратов разрешены Минздравом для практического использования и включены в "Перечень полимерных материалов и изделий, разрешенных к применению в строительстве".

4. Разработана оптимизационная математическая модель процесса получения малотоксичных ДСтП заданной прочности для различных областей применения, реализующая критерий минимальной себестоимости ДСтП. Разработаны алгоритмы и комплекс программ для ЭВМ.

5. По результатам математического моделирования разработаны технологические режимы, обеспечивающие эффективное производство ДСтП заданной прочности для различных областей применения. При внедрении Этих режимов в производство можно без существенных затрат более чем в 1,5раза повысить прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно пласта. На примере показано, что при установлении' режимов только правильный выбор плотности ДСтП может привести к экономии древесного сырья на сумму до 256 рД? (по ценам января .1994 года) в зависимости от марки ДСтП.

6. Установлено, что прочность ДСтП зависит от четырех важнойшх факторов, таких как .прочность древесных частиц и прочность отверкденной массы связующего, толщина клеевого слоя и площадь контакта частиц по этому слою. Прочность ДСт1: при растяжении перпендикулярно пласти растст с увеличением прочности древесных частиц, прочности отверкденной массы связующего и площади контакта частиц по клеевому слою до толщины слоя, равного 20 мкм. В свою очередь каждый из важнейших факторов зависит от ряда технологических факторов. На основе эксперимента, выполненного в лабораторных и промышленных условиях, установлено, что эти факторы присущи основ -ным процессам, действующим при склеивании древесных частиц

в центральном слое ДСтП при горячем прессовании: непосредственно склеиванию древесных частиц между собой, проявлений стружечным пакетом своих упругих свойств и тепломассопереносу. .

Найдены оптимальные условия для прохождения процесса склеивания древесных частиц в ДСтП.

7. По результатам эксперимента, поставленного с применением электронной микроскопии, выявлены структурные изгле -нения, происходящие с основными компонентами древесностружечной плиты при ее получении. Раскрыто физическое состояние и тип связи в ДСтП древесных частиц и отверкденной массы связующего. Установлено, что древесные частицы в ДСтП находятся в полуразрушенном состоянии иихпрочность составляем порядка 22-28% прочности натуральной древесины, используемой для изготовления частиц. Связь между древесными частицами и связующим в ДСтП осуществляется по адгезионно-когезионному типу.

Установлено, что отвержденная масса связующего в ДСтП находится не в монолитном состоянии, а имеет большое количество пустот, трещин. Из-за наличия этих дефектов прочность этой массы в 5-8 раз ниже прочности монолиФной массы и определяется маркой смолы, видом и содержанием в ней отвердителя, а также температурой, давлением, продолжительностью прессования; толщиной, влажностью и плотностью ДСтП, плотностью древесного сырья, содержанием связующего в ДСтП; наличием пустот и трещин в отвержденной массе.

8. Получены математические модели, устанавливающие зависимость прочности древесных частиц различной формы в ДСи! от

размеров частиц, породы древесины, её плотности и влажности. На прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно пласти из факторов, характеризующих геометрические размеры частиц, наибольшее влияние оказывает толщина частиц.

9. Установлена зависимость прочности отвержценной массы связующего в дстп от ряда факторов, оказывающих на неё влияние, среди которых основными, являются продолжительность прогрева центрального слоя ДСтП до Ю0°С, продолжительность прессования ДСтП, вид и содержание в связующем отвердлтеля.

10. Получена математическая зависимость толщины клеевого слоя в ДСтП от факторов, оказывающих на неё влияние, таких как плотность натуральной древесины, из которой изготовлены древесные частицы, размеры частиц, объем пор в ДСтП, заполненный связующим, содержание связующего в ДСтП и площадь покрытия им поверхности частиц, плотность отвержденной массы связующего, плотность ДСтП, их пористость и влажность, объем межстружечного пространства. Установлено, что для получения максимально возможней прочности ДСтП оптимальная толщина клеевого слоя составляет 20 мкм, а для экономии связующего и снижения токсичности ДСтП - около I мкм. Изменение толщины клеевого слся от 20 до I мкм приводит к несущественному изменению прочности ДСтП.

11. Получена математическая зависимость площади контакта древесных частиц по слою связующего в центральном слое ДСтП от содержания связующего, толщины, плотности плит и режима их горячего прессования.

12. Экономический эффект от внедрения результатов работы на ряде предприятий отрасли составил 2,6 млн.р. в ценах 1990 г. и 90 млн. р. в ценах октября 1993 г.

Основное содергкание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Основы процесса структурообразования древесностружечных плит. - Воронеж: ЗГУ, 1992. - 212 с; (монография).

2. Особенности структурообразования связующего в древесностружечных плитах// Известия вузов "Лесной журнал", 1991, ¡Я - с. 64 ... 68.

3. Пористость древесностружечных плит. // Известия ву-

зов .."Лесной иурнал", !Г"2. - с. 59 ... 63.

4.Применение фенолоформальдегидных смол в производстве древесностружечных плит. // В кн. Химия и применение фенол- ■ альдегидных смол". Таллинн, 1-982. - с. 83 ... 85.

5. Основы процесса формирования структурной связи в древесностружечных плитах.// Сборник статей Международной научно-технической конференции. Чехословакия, Зволен, 1991 .

- с. 45 ... 60.

6.Влияние температуры на состояние олигомеров в древесностружечных шйгаах'.Б кн. ".Модификация древесины".' Минск, 1990.

- С. 31. ■

7. Силы адгезии, между полимером и древесиной в древеско-ьм рз< ж<з ~аяхх LiMiTi ;«. //в к j f' М о ди фи к аци я древесины". Шнек, 1990.

- с. 114.

б. Пористость древесностружечных плит.// Сборник статей Международной научно-технической конференции. Чехословакия, Зволен. 1991. - с. 461 ... 472.

9. Уалотоксичныз древесностружечные плиты. // В кн. "Снижение токсичности древесных материалов". Киев, 1990.

- с. .16 ... 17.

10.Исследование профиля плотности древесностружечных плит и получение плит с улучшенными свойствами.// Известия вузои " Строительство и архитектура"^. Новосибирск,ISSQ.

с.__59 ... 63. _ ____-

11. Влияние консервирующих составов на фиэико-механичео-кие свойства древесностружечных плит.// Ж. "Деревообрабатывающая промышленность", 1978, Jill. - с. 4 ... 5.

12. Нормативно-техническая документация ФРГ на древесностружечные плиты.// Деп. ВНИПИсИлеспром, 1987. № 1867-лб.

- 9 с.

13.Снижение токсичности древесностружечных плит.// Деп. ВНИПИЗИлеспром, 1984, №1434-лб.-60 с.

14. Исследование процессов адсорбции и десорбции влаги древесностружечными плитами.//Деп. ВНИПИЗИлеспром, 1969, » 2435 - лб. - Ь с.

15. Производство малоэксичных. древесностружечных плит. //Деп£НИШЭЙлэспром, 1989, №2434 - лб. - 13 с.

16. Изменение линейных размеров древесностружечных плит при влагопэглзщении.//' Деп. ВНИПИсИлеспром, 1987, Й1923-лб.-10е.

17. Нормы и методы испытаний древесностружечных плит, используемые в ФРГ.//Деп. ВНИШЭИлеспром, 1987, № 1853 -лб. - 9 с.

18. Структурная связь в. древесностружечных плитах. // В'кн. "Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности". Киев, 1991. -с. 144...145.

19. Физико-механические свойства древесностружечных плит, содержащих консервирующие составы.//Ж. "НоЬ1и<1и.5Ьг1й . 1979, №5. - с. 136.

20. Микротехиологические исследования процесса отверждения карбамид,-фенолоформальдегидньгх олигомеров в условиях производства древесностружечных плит.// Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции. Таллинн,1987.

- с. 70.

21. Математические модели для расчета основных параметров горячего прессования древесностружечных плит.// Тезисы докладов ХУШ научно-технической конференции. Киев, 1991. -с. 145 ... 147.

22. Структурно-механические изменения связующего при отверждении его в древесностружечных плитах.// Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. Болгария. София, 1990, - с. 165 ... 171.

23. Микроскопические исследования древесностружечных плит.// Там же. - с. 187 ... 194. .

24. Общая математическая модель процесса выделения формальдегида из древесностружечных плит.// Тезисы докладов научно-технической конференции.// Воронеж, 1990.-е. 44.

25. Прочность связующего в ДСП.//М. "Лесная промышленность", 1993, №3. - с. 20.

26. Методика расчета окономической эффективности от внедрения технологии производства нетоксичных, биозащищенных древесностружечных плит.// Деп.ВНИГМ31леспром, 1984, №1302-лб., 12 с. •

27. Повышение' эффективности производства древесностружечных плит.//Деп. ВИНИТИ, 1994, »67-В93, 16 с.

28. Уменьшение количества факторов в математических моделях.// Деп-. ВИНИТИ, 1994, № 65^В93, с 8.

29. Формирование структуры древесностружечных плит.//

Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. Болгария. София, 1991. - с. 46 ... 51 (в соавторстве).

30. Связь профиля плотности древесностружечных плит с их качеством. // Там же. - с. 51___56 (в соавторстве).

31. Одно из репений вопроса снижения токсичности древесностружечных плит.// Сборник статей Международной науч- -но-технической конференции. Болгария, Велико Тырново, 1967. - с. 235 ... 245 (в соавторство).

32. Оптимизация расхода связующего в производстве древесностружечных плит строительного назначения.// Сборник трудов ВШИДрев. Балабаново, 1983. - с.99 ...106(в соавторстве).

33. Влияние гигроскопического увлажнен/я на свойства древесностружечных плит.// Деп. ВНИПИсИлеспром, 1987.11924 -лб. -10 с. (в соавторстве).

34. Причины изменения физико-механических свойств древесностружечных плит для малоэтажного деревянного домостроения при защите их от биоразрушения.// Сборник трудов ЗНИЛдрев. Балабаново, 1979. - с. 87 ... 97(в соавторстве).

35. Снижение токсичности древесностружечных плит.// В кн. "Новые методы гигиенического контроля за применением полимеров в народном хозяйстве". Киев, 1981. - с,101...102 (в соавторстве).

Зо. Снижение токсичности древесностружечных плит.// Сборник докладов Международной научно-технической конференции. .Чехословакия , Зволен, 1990.-с.461-471 (в соавторстве).

37. Использование металлокомплексов в древесностружечных плитах.// Тезисы докладов научно-технической конференции. Воронеж, 1990.- с. 32-33 (в соавторстве).

ЗЬ. Снижение расхода фенолоальдегидных олигомеров в производстве древесностружечных плит.// В кн. "Химия и применение фенолоальдегидных олигомеров". Таллинн,1987.-с.69 (в соавторстве).

39. Химический метод снижения миграции формальдегида из древесностружечных плит строительного назначения.// Сборник трудор ВН/Мдрев. Балабаново. 1983. - с. 117 - 123 (в соавторстве) .

40. Гигиеническое исследование биостойких древесностружечных плит, предназначенных к использованию в малоэтажном

деревянном домостроении.// Сборник трудов ВНИИдрев. Балаба-ново, 1979.-с.98.. ЛОКв соавторстве).

41. Модификация формальдегидсодержащих смол циклогек-сен - 3 карбаксамидом.//Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции . Таллинн, 1987.-с.76...77

(в соавторстве).

42. Уменьшение выделения формальдегида из древесностружечных плит.//Тезисы докладов научно-технической конференции. Ивано-Франковск, 1987.-с.65...66 ( в соавторстве ).

■ '43. О токсичности древесностружечных плит на смоле СФЖ-3014.//Ж."Плиты и фанера". 1979,№5.-с.15 ( в соавторстве).

44.Исследование химического взаимодействия антисептиков с формальдегидом в древесностружечных плитах.//Сб. трудов ВНИИдрев. Балабаново, 1983.-с.117...123 (в соавторстве).

45.Производство древесностружечных плит пониженной токсичности.//Известия вузов "Строительство и архитектура". Новосибирск. 1985,№5.-с.72...76 (в соавторстве).

46. A.C. I7280I5 (СССР). Способ прессования древесностружечных плит. -Опубл. в Б.И., 1992,№15.

47. A.C. 1805926 (СССР). Способ изготовления древесностружечных плит.-Опубл. в Б.И., 1993,№13.

48. A.Cs 1724470 (СССР). Способ изготовления древесностружечных плит.-Опубл. в Б.И., 1992,№13. ( в соавторстве).

49. A.C. 1743872 (СССР). Способ изготовления заготовок древесностружечных плит.-Опубл. в Б.И., 1992,№24 (в соавторстве).

50. A.C. 649598 (СССР). Устройство для смешивания древесных частиц со связующим.-Опубл. в Б.И.,1979,№8 (в соавторстве) .

51. A.C. 802022(СССР). Способ определения защищающей способности антисептиков в древесностружечных плитах и устройство для его реализации.-Опубл. в'Б.И., 1981,^5

(в соавторстве).

52. A.C. 1047938 (СССР). Пресс-масса для изготовления древесностружечных плит. Опубл.'в Б.И., 1983,№30 .(в соавторстве) .

53. A.C. 994521 (СССР). Добавка к композиции для изготовления древесностружечных плит.-Опубл.. в Б.И., 1983, №5 (в соавторстве).